大型發(fā)動(dòng)機(jī)缸體振擊除芯工藝應(yīng)用

劉 躍，王寶全，謝廣義，李金橋，王文明，王曉麗

（濰柴重機(jī)股份有限公司 大缸徑材料成型中心，山東濰坊 261001）

0 引言

振動(dòng)落芯機(jī)運(yùn)用機(jī)械振動(dòng)原理，采用空氣錘對(duì)鑄件進(jìn)行沖擊，利用共振效應(yīng)使鑄件產(chǎn)生一定的應(yīng)變、應(yīng)力、加速度，當(dāng)鑄件與芯砂粘接層界面的應(yīng)力達(dá)到砂芯的破損強(qiáng)度時(shí)芯砂即破損，破損的芯砂在振動(dòng)電機(jī)的激振作用下與鑄件界面分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鑄件的落芯除砂[1]。鑄件芯砂的去除方式主要有人工敲擊、落砂床震動(dòng)、振動(dòng)落芯去除三種方式。其中人工敲擊的方式勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，無(wú)法滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)的需要。落砂床震動(dòng)去除芯砂主要依靠鑄件與柵床相互碰撞達(dá)到落砂的目的，但是此方法存在鑄件與柵床碰撞方向不固定，沖擊強(qiáng)度大等問(wèn)題，鑄件損傷風(fēng)險(xiǎn)較大。對(duì)此，我廠(chǎng)引入振擊除芯設(shè)備去除芯砂，提高工作效率，降低鑄件損傷率。

1 設(shè)備設(shè)計(jì)理念

1.1 柔性設(shè)計(jì)理念

鑒于我廠(chǎng)生產(chǎn)大缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)種類(lèi)較多，項(xiàng)目組引入柔性制造系統(tǒng)（FMS）概念，提出研發(fā)涵蓋5種9 類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件[2]，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)外形、尺寸，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)V 型與直列變化的2 組6 個(gè)振擊器進(jìn)行振擊除芯，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用效果，見(jiàn)圖1。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

1.2 精益生產(chǎn)理念

采用ECRS 原則，將鑄件上下料、振擊落砂過(guò)程、震動(dòng)落砂過(guò)程、廢砂回收過(guò)程設(shè)計(jì)為一條生產(chǎn)線(xiàn)，使鑄件通過(guò)振擊+震動(dòng)方式最大限度實(shí)現(xiàn)鑄砂脫落，同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢砂回收，確保高效率生產(chǎn)。

1.3 環(huán)保理念

除上下料輥道外，整機(jī)設(shè)置隔聲罩、隔振裝置、除塵裝置，確保生產(chǎn)過(guò)程無(wú)噪聲、粉塵危害，使之符合安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)的安全標(biāo)準(zhǔn)。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

振擊除芯機(jī)主要包括上下件輥道、振擊機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、隔音除塵罩等，如圖1 所示。

2.2 工作過(guò)程

人工將鑄件吊放至上料輥道，進(jìn)出料門(mén)開(kāi)，鑄件由進(jìn)料輥道輸送至振擊工作臺(tái)，當(dāng)鑄件到達(dá)指定位置時(shí)，進(jìn)料門(mén)關(guān)閉，振擊器下落壓緊鑄件并對(duì)鑄件施以高能振擊，使得鑄件內(nèi)腔的芯砂和表面的粘砂脫離鑄件。振擊一定時(shí)間后，振擊器停止工作，鑄件通過(guò)輸送輥道到達(dá)震動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)震動(dòng)將已初步脫離但輕微粘附在鑄件表面的鑄砂脫離鑄件本體，清除下來(lái)的砂子經(jīng)柵格板進(jìn)入地坑內(nèi)的砂斗，后經(jīng)過(guò)皮帶機(jī)輸送至砂再生系統(tǒng)，震動(dòng)一定時(shí)間后，停止震動(dòng)，出料門(mén)打開(kāi)，鑄件通過(guò)下料輥道回到上料原點(diǎn)，至此一個(gè)工作周期完成。如此連續(xù)進(jìn)行作業(yè)，完成鑄件的振擊除芯作業(yè)。

3 工藝參數(shù)調(diào)試

參數(shù)調(diào)試過(guò)程主要分為以下步驟∶工裝設(shè)計(jì)；確定振擊位置；確定振擊時(shí)間；確定震動(dòng)時(shí)間。

3.1 工裝設(shè)計(jì)

工裝的作用為承載鑄件在輸送輥道上移動(dòng)。由于工裝定位點(diǎn)設(shè)計(jì)為鑄件瓦口位置，因此根據(jù)不同種類(lèi)鑄件瓦口大小，設(shè)計(jì)專(zhuān)用工裝，如圖2 所示。

圖2 鑄件工裝

3.2 確定振擊位置

由于鑄件缸孔為重要位置，因此振擊點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離缸孔，避免缸孔因振擊產(chǎn)生損傷，V 型機(jī)體以及直列機(jī)體振擊位置如圖3 所示。

圖3 鑄件振擊位置

3.3 參數(shù)設(shè)定

影響鑄件落砂程度的兩項(xiàng)因素為空氣錘振擊時(shí)間和震動(dòng)機(jī)構(gòu)震動(dòng)時(shí)間。為科學(xué)衡量此兩項(xiàng)因素對(duì)落砂重量的影響，本文通過(guò)開(kāi)展2 水平的2K全因子實(shí)驗(yàn)研究直列機(jī)體振擊除芯效果，并以此作為其他類(lèi)型機(jī)體參數(shù)設(shè)定的依據(jù)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（落砂重量）見(jiàn)表1。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，彎曲項(xiàng)P 值小于0.05，證明模型呈非線(xiàn)性，故采用響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)一步探索。

表1 2K 全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表2，回歸方程如下所示：落砂量=-7.48+1.06×震動(dòng)時(shí)間+3.05×振擊時(shí)間-0.012×震動(dòng)時(shí)間×振擊時(shí)間-0.12×振擊時(shí)間×振擊時(shí)間+0.018×震動(dòng)時(shí)間×振擊時(shí)間。

表2 響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)

對(duì)回歸方程進(jìn)行方差分析，失擬項(xiàng)大于0.1，表明回歸方程有效。結(jié)合回歸方程，分析震動(dòng)時(shí)間以及振擊時(shí)間對(duì)落砂的影響，分析方案見(jiàn)表3,分析結(jié)果見(jiàn)圖4。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)振擊時(shí)間大于13 s，震動(dòng)時(shí)間大于45 s 時(shí)，落砂量不再明顯增大，因此選擇此參數(shù)進(jìn)行振擊除芯。

表3 分析方案

圖4 分析結(jié)果

4 效果確認(rèn)

振擊除芯前：鑄件外表面粘附一層鑄砂，部分缸孔內(nèi)存在大砂塊，見(jiàn)圖5a、c；振擊除芯后：鑄件表面粘砂基本脫落，缸孔內(nèi)不存在大砂塊，振擊除芯效果明顯，見(jiàn)圖5b、d。

圖5 振擊效果對(duì)比

5 結(jié)論

（1）振擊除芯設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮柔性制造、精益生產(chǎn)、綠色環(huán)保理念，確保高效、高質(zhì)量生產(chǎn)。

（2）采用2K 全因子設(shè)計(jì)以及響應(yīng)曲面法科學(xué)分析振擊時(shí)間、震動(dòng)時(shí)間對(duì)落砂重量的影響，并得出回歸方程，結(jié)合回歸方程分析最佳振擊時(shí)間為13 s，最佳震動(dòng)時(shí)間為45 s。

（3）鑄件經(jīng)振擊除芯后鑄件表面及內(nèi)腔鑄砂明顯脫落，振擊除芯效果明顯。